Файл: Вьено, Ж. -Ш. Оптическая голография. Развитие и применение.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 64

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Использование го.юграфической

информации

123

Интерферометрические

методы

 

Эти методы применяются

ко всякой когерентной

волне,

пришедшей от объекта или от

его голографического изображения.

Получив с помощью голограммы восстановленную волну, сравни­ вают ее в классической интерферометрической схеме с волной, выбранной в качестве опорной. Интерференционные полосы конечной и бесконечной ширины, поляризованный или неполяризованный свет, все способы исследования могут быть использованы для диф­ ференциального изучения топографии объекта. Вернемся к фиг. 73, на которой приведена схема стриоскопического исследования восста­

новленной волны. Ничего не

изменяя ни на голограмме, ни в пуч­

ке восстановления, заменим

выходной фильтр призмой Волластона

с последующим анализатором. Изменяя положение этих новых элементов, можно изменять образующиеся интерференционные картины (фиг. 77).

Фиг. 72 — 77 подтверждают возможность применения некоторых средств исследования к волне, восстановленной с помощью голо­ граммы, в случае относительно простых объектов. Можем ли мы надеяться на получение подобных результатов при изучении таких быстропротекающих явлений, как ударная волна или сверхзвуко­

вой

снаряд,

скорости

которых

порядка

1 — 10 км/сек? Фиг.

78 —

80

дают на

это утвердительный ответ1 .

 

 

 

 

Использование

восстановленной волны

в качестве

опорной.

 

 

 

Анализ в реальном масштабе

времени

 

 

 

Задача состоит в том, чтобы после проявления вернуть голо­

грамму в то ж е положение, которое она

занимала

во время

реги­

страции . При восстановлении

голограмма

и объект освещаются од­

новременно. Восстановленное изображение совмещается с самим объектом. Интерференция соответствующих волн дает представление об изменениях (перемещениях, деформациях), которые могли про­ изойти с объектом в промежутке между регистрацией и восстанов­ лением (фиг. 81).

Кроме того,

большое преимущество описанной техники

состоит

в том, что с ее

помощью можно заснять на кинопленку

процесс

изменения интерференционных полос и таким образом зарегистри­ ровать изменения, происходящие с объектом (например, при ис-

1 Во Франко-Германском исследовательском институте в Сен-Луи име­ ется рубиновый лазер, работающий на моде ТЕМоа, длина когерентности ко­ торого превосходит 6 м. Он излучает энергию 150 мДж за 25-10~° с благодаря использованию усилителя на лампе бегущей волны. Этот прибор, разработан­ ный А. Хиртом, дал возможность зарегистрировать множество голограмм сверхбыстрых объектов.


 

 

Использование

голографической

 

информации

 

 

 

127

 

чтобы голограмма в момент восстановления занимала то же поло­

 

жение, что и в момент регистрации. Первое условие легко выпол­

I

нить, если обеспечить устойчивость (механическую, термическую, ...)

элементов,

участвующих

в образовании

и

использовании

опор­

 

ной волны. Второе условие осуществить сложнее: для

проявления

 

фотопластинку обычно снимают и установить ее в прежнее поло­

 

жение очень трудно. Тем

не менее,

если

проблема разрешена,

при-

" менение этого метода открывает богатые возможности,

особенно

 

для интерферометрического и динамического контроля колеблю­

 

щихся систем. Мы получаем

линии

равных

высот

стоячих

волн,

 

причем число интерференционных полос возрастает с увеличением

 

амплитуды колебаний. Интерференционная картина на поверхности

 

восстановленного

изображения

перемещается

в соответствии

с из­

 

меняющимися модами колебаний при изменении частоты.

Кино­

 

съемка в реальном

времени

позволяет

a

posteriori

исследовать в

 

трех измерениях

колебания

или деформации

объекта.

 

 

 

И. СУПЕРПОЗИЦИЯ

НЕСКОЛЬКИХ

ГОЛОГРАММ

НА

ОДНОЙ

 

 

 

И ТОЙ

Ж Е

ФОТОПЛАСТИНКЕ

 

 

 

 

 

Если начинающий заниматься классической фотографией сде­

 

лает по оплошности два снимка на один кадр, то затем он с досадой

 

будет взирать на результат своей невнимательности: световые по­

 

токи, складываясь на фотоотпечатке, делают его обычно совершенно

 

испорченным. Практически не существует никакой

возможности

 

разделить эти накладывающиеся друг на друга изображения. Слиш­

 

ком длительная экспозиция при фотографировании движущегося

 

объекта приводит к такому ж е эффекту: смазанность

изображения

 

делает объект неузнаваемым. Неудобства

такого рода

существуют

 

и в голографии: мы не можем зарегистрировать на одной и той же

 

эмульсии сначала голограмму собаки, потом голограмму кошки, не

 

принимая специальных мер предосторожности (например, можно

 

изменить угол между опорной волной и волной, переносящей ин­

 

формацию).

Однако то,

что

голограмма

запоминает

информацию

 

о фазах волн, испускаемых объектом, и то, что при

восстановлении

 

можно варьировать условия когерентности, делает возможной супер­

 

позицию разных голограмм на одной и той же эмульсии при дос­

 

таточно хорошем

качестве восстановленных

изображений. Можно

>

не только разделить изображения или получить четкое

изображение

 

движущегося объекта, но и извлечь дополнительную

информацию

 

об изменениях объектов с течением времени.

 

 

 

 

 

 

*Интерферометрия с двойной экспозицией

При чтении предыдущих разделов этой главы мы освоились с возможностью располагать в любой момент времени после регистра­ ции голограммы объекта когерентной световой волной, характе-


128

 

Глава 6

 

ризующей

объект

в определенном состоянии. Любое

изменение со­

стояния

объекта

можно обнаружить с помощью

интерференции

волн Б х

и 2 2 , соответствующих начальному и конечному состояниям.

Волна S 2 регистрируется в момент времени t2 на той же пластин- _

ке, на

которой в момент времени tx была зарегистрирована 2 Х .

При одновременном восстановлении эти волны будут интерфериро­ вать. Мы сможем исследовать «различие» двух «фиксированных» СОСТОЯНИЙ.

Остановимся немного па методе двойной экспозиции.

Принцип метода

На одной и той же фотопластинке регистрируют две голограммы одного объекта в разные моменты времени tx и t2. Напомним выра­ жения для освещенностей Ех и Е2 для каждой экспозиции (гл. 1):

Е1

--- Оо 4- я 2 2ao 0 cos»,,

Е2

• --

а]-\-

а- -'- 2а а0 cos ср2.

Д л я простоты примем,

что

прозрачность полученного негатива

по амплитуде изменяется пропорционально падающей на него энер­

гии Е,

т. е. сумме освещенностей

(при

этом предполагается,

что

времена

экспонирования равны):

 

 

 

 

 

Е = Ех -\- En — 2 ( а? -{- a2)

j -

2а а0 (cos »,

-j- cos »2 ).

 

Если объект не перемещается и не деформируется между двумя

экспозициями, то освещенности Ех

и Е2

совершенно

идентичны, а

все происходит так, как при регистрации одной голограммы с двой­ ной выдержкой, т. е. получаем «сумму» двух голограмм.

Малейшее изменение положения или формы объекта в промежут­ ке между двумя регистрациями изменяет фазу волны, испускаемой объектом ( ф ! = т ^ ф 2 ) . Второй член выражения д л я полной энергии Е, соответствующий изображению, как раз содержит информацию об амплитуде а и фазах ф 1 и ф 2 . Амплитуды волн, испускаемых в на­ правлении изображения, пропорциональны вариациям прозрачности голограммы. Теперь все происходит как при восстановлении су­ перпозиции двух изображений, когерентных между собой и очень мало отличающихся друг от друга.

Эти изображения интерферируют и наблюдаемые полосы,

как

и в классическом интерферометре, соответствуют вариациям

фазы

Фі — Фг> которые возникают в промежуток времени между двумя экспозициями.

Таким образом, практическое применение интерферометрии с двойной экспозицией отличается замечательной простотой. Со­ ставные элементы классического интерферометра (зеркала, полу-


130

 

 

Глава 6

 

 

 

 

 

 

тин кой, то полосы

остаются видимыми. Будучи

локализованы

на

 

самом диффузоре,

они

соответствуют

разности

оптических

путей

 

в плоскости

диффузора

(фиг. 84 и 85). Мы теряем информацию

о

 

рельефе объекта в

отличие от случая, когда диффузор

помещен

на пути световых лучей перед объектом (фиг. 86).

 

 

 

 

Замечание. Если благодаря двойной экспозиции можно зас­

 

тавить интерферировать

события,

происходящие

в разное

время,

 

т.е. a priori некогерентные,можно попытаться применить тот ж е прим-

'

цип к объектам, освещенным светом

разных цветов, т. е. длин волн

 

Хі и %2 И Л І [

светом от разных источников. При этом времена

экспо­

 

зиций могут

быть

либо

одинаковыми, либо разными. Голограммы

 

регистрируются на одну и ту лее эмульсию. Используя при восста­

 

новлении один монохроматический источник, получим два когерент­

 

ных между собой изобралеения, которые будут интерферировать.

 

Полосы характеризуют

при этом не только возможные

изменения

 

объекта, но и выралсенные в длинах волн разности оптических

пу­

 

тей, отделяющих источник (или источники) от каждой точки объек­

 

та.То есть они дают описание рельефа

объекта.

 

 

 

 

 

Используемая д л я изучения как прозрачных, так и рассеиваю­ щих свет объектов интерферометрия с двойной экспозицией начала применяться в последние годы так широко, что о ней самой молено было бы написать отдельную книгу. Не претендуя на полноту из­ ложения всех возмоленых применений этого метода, мы приведем несколько примеров, касающихся отдельных областей метрологии

Источник

Ф и г .

84. Пример схемы

с

двойной

экспозицией.

Не созеем озычная природа самосветящегося

объект

требует

некоторых

предосторожностей.

Непрозрачный экран преграждает путь лучам,

испускаемом пламенем в направлении пластин­

ки. Таким образом, мы получаем голограмму не пламени, а его

проекции

на

рассеивающий

деревянный экран, прожилки которого видны

на

фотографии восстановленного

изображения.

При первой экспозиции

снимают только экран, при второй — экран вместе

с зажженной све­

 

 

чой.